(57)【要約】  ガラス粉末を含むペーストを用い、ペーストの寿命が長く、基板とペーストとの密着性に優れるガラス製部材の製造方法、フレネルレンズ等に好適な総ガラス製の平面レンズ、および、この平面レンズの製造に最適なガラスペーストを提供する。  ペーストが、ガラス粉末の酸化ホウ素含有量が４０ｍｏｌ％以下、バインダが水酸基を有することにより、また、ガラス基板上に、基板と組成が異なり、ＳｉＯ2を４０〜６４％、Ｂ2Ｏ3を５〜３５％、ＺｎＯを２〜３０％、Ａｌ2Ｏ3を１〜１０％、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏの１種以上を計１０〜２２％、ＢａＯ＋ＳｒＯを０〜１０％、含有するガラス製の光学機能部を有することにより、前記課題を解決する。
2011132753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板の表面に、ガラス製の所定形状の凹凸が形成されてなる、ガラス製部材の製造方法であって、
ガラス粉末、バインダ、および、溶媒を含むペーストを用いて、前記ガラス基板の表面に、前記ガラス粉末およびバインダからなる前記所定形状の凹凸を形成する形成工程と、前記ガラス基板の表面に形成した凹凸からバインダを除去し、その後、ガラス粉末を融着する加熱工程とを有し、
さらに、前記ペーストは、前記ガラス粉末が、酸化ホウ素を含有し、かつ、その含有量が４０ｍｏｌ％以下であり、また、前記バインダが、水酸基を有することを特徴とするガラス製部材の製造方法。
【請求項２】
前記形成工程が、前記ペーストをガラス基板の表面に塗布してペースト層を形成し、当該ペースト層から前記溶媒を除去する工程と、
形成する凹凸に応じた形状を有する成形型を前記ペーストに押圧して、所定形状の凹凸を有するペースト層を形成し、その後、この成形型をペースト層から取り外す工程とを有する請求項１に記載のガラス製部材の製造方法。
【請求項３】
前記形成工程が、所定形状の凹凸を有する転写型に前記ペーストを塗布して、当該転写型から前記ガラス基板面に所定形状の凹凸を有するペースト層を形成する工程である請求項１に記載のガラス製部材の製造方法。
【請求項４】
前記成形型の押圧に先立ち、前記溶媒を除去したペースト層を前記バインダが軟化する温度まで加熱する請求項２に記載のガラス製部材の製造方法。
【請求項５】
前記バインダが、ブチラール樹脂である請求項１〜４のいずれかに記載のガラス製部材の製造方法。
【請求項６】
前記ガラス粉末が含有する酸化ホウ素の含有量が３ｍｏｌ％以上、４０ｍｏｌ％以下である請求項１〜５のいずれかに記載のガラス製部材の製造方法。
【請求項７】
ガラス基板上に、前記ガラス基板とは異なる組成のガラスからなる光学機能部が形成されており、この光学機能部を構成するガラスが、酸化物基準のモル％表示で、
酸化珪素を４０〜６４％、
酸化ホウ素を５〜３５％、
酸化亜鉛を２〜３０％、
酸化アルミニウムを１〜１０％、
酸化リチウム、酸化ナトリウム、および酸化カリウムの少なくとも一種を、合計で１０〜２２％、
酸化バリウムおよび酸化ストロンチウムの少なくとも一種を合計で０〜１０％、
を含有するガラスであることを特徴とする平面レンズ。
【請求項８】
前記光学機能部を構成するガラスが、他成分由来の不純物として含有する場合を除き、ビスマス化合物、鉛化合物、および、リン化合物を実質的に含有しない請求項７に記載の平面レンズ。
【請求項９】
前記ガラス基板の５０〜３５０℃における平均線膨張係数が７５×１０-7〜１００×１０-7／℃である請求項７または８に記載の平面レンズ。
【請求項１０】
前記ガラス基板のガラス転移点が５５０〜６７０℃である請求項７〜９のいずれかに記載の平面レンズ。
【請求項１１】
酸化物基準のモル％表示で、酸化珪素を４０〜６４％、酸化ホウ素を５〜３５％、酸化亜鉛を２〜３０％、酸化アルミニウムを１〜１０％、酸化リチウム、酸化ナトリウム、および酸化カリウムの少なくとも一種を合計で１０〜２２％、酸化バリウムおよび酸化ストロンチウムの少なくとも一種を０〜１０％、含有するガラスの粉末と、
バインダと、
溶媒とを、含有することを特徴とするガラスペースト。
【請求項１２】
前記ガラスが、他成分由来の不純物として含有する場合を除き、ビスマス化合物、鉛化合物、および、リン化合物を実質的に含有しない請求項１１に記載のガラスペースト。
【請求項１３】
前記バインダが、水酸基を有する樹脂である請求項１１または１２に記載のガラスペースト。
【請求項１４】
前記バインダが、ブチラール樹脂である請求項１３に記載のガラスペースト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレネルレンズ、マイクロレンズアレー、レンチキュラーレンズ等の微小な凹凸を有する光学部材の製造に好適なガラス製光学部材の製造方法、ならびに、太陽電池の集光装置やデジタルカメラのストロボなどに用いられるフレネルレンズ等のガラス製の平面レンズ、および、この平面レンズの製造に最適なガラスペーストに関する。
【背景技術】
【０００２】
表面に微細は凹凸形状が形成されたガラス製部材の製造方法を開示した文献が知られている（特許文献１）。
この特許文献１は、ガラス基板の表面にペーストを層状に塗布／乾燥し、形成する凹凸に応じた成形型をペースト層に押圧して、成形型の形状をペースト層に型押しする方法を開示している。
また、特許文献１は、形成する凹凸に応じた凹部を有する転写型を用い、この型の凹部にペーストを充填して乾燥し、転写型の凹部からガラス基板の表面にペーストを転写する方法も開示している。
さらに、特許文献１は、その段落番号００１８において、上述した製造方法に適したガラス粉末の材料として、ケイ酸鉛ガラスおよび亜鉛、鉛、またはリン酸塩ガラスのような融解温度の低いガラスを含有すると開示している。【０００３】
本発明者らの研究によると、ペーストは、ガラス基板との密着性および長期にわたりペースト状態を維持する保存安定性（ペーストライフ）を実現する必要がある。そのため、ペーストには、ガラス基板とバインダとの密着性に優れ、かつガラス粉末とバインダとの密着性が低いという特性が要求される。【０００４】
また、一般に、太陽電池やデジタルカメラのストロボに用いられるフレネルレンズ等の平面レンズは、樹脂製が一般的である。
特許文献２は、ガラス製の平面レンズを開示している。
この特許文献２には、ガラスペースト膜を形成した後、焼成する方法でマイクロレンズアレイを製造する方法を開示し、この方法に使用するガラスペーストの成分として２種類のガラス粉末を開示している。１種類目のガラス粉末の成分は、酸化ビスマスを４２．９重量％、酸化ホウ素を１８．２重量％、酸化バリウムを１６．９重量％、酸化亜鉛を１３．０重量％、酸化珪素を９．１重量％である（段落０１２１）。２種類目のガラス粉末の成分は、酸化珪素を４６．８重量％、酸化ホウ素を２３．４重量％、酸化リチウムを１６．９重量％、酸化バリウムを４．０重量％である（段落０１３０）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１０１３７３号公報
【特許文献２】特開平９−２３０１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１は、上述した製造方法に適したガラス粉末の材料を、具体的に開示および示唆していない。【０００７】
他方で、特許文献２に開示される１種類目のガラス粉末は、酸化ビスマスを含有している。また、特許文献２の２種類目のガラス粉末は、酸化リチウムを大量に含有している。この酸化リチウムの含有量をモル％に換算すると、３０モル％以上である。ここで、酸化ビスマス及び酸化リチウムは、いずれも、ガラス粉末を焼成する方法を適用する場合に焼成工程でのガラスの流動性を高める成分であり、焼成前の形状が保持できないという問題点がある。そのため、特許文献１に記載のガラス粉末は、フレネルレンズのような鋭角な形状を要求されるガラス物品には適していない。【０００８】
本発明は、以上説明した従来の実情を鑑みて提案されたものであり、微小な凹凸を有する光学部材の製造に好適なガラス粉末を用いた、ガラス部材の製造方法を提供する。
さらに、本発明は、全てがガラス製で、しかも、フレネルレンズのような複雑な形状を有するレンズであっても、所望の形状を正確に形成することができる平面レンズ、および、この平面レンズの製造に最適なガラスペーストを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のガラス製部材の製造方法は、ガラス基板の表面に、ガラス製の所定形状の凹凸が形成されてなる、ガラス製部材の製造方法であって、ガラス粉末、バインダ、および、溶媒を含むペーストを用いて、前記ガラス基板の表面に、前記ガラス粉末およびバインダからなる前記所定形状の凹凸を形成する形成工程と、前記ガラス基板の表面に形成した凹凸からバインダを除去し、その後、ガラス粉末を融着する加熱工程とを有し、さらに、前記ペーストは、前記ガラス粉末が、酸化ホウ素を含有し、かつ、その含有量が４０ｍｏｌ％以下であり、また、前記バインダが、水酸基を有することを特徴とするガラス製部材の製造方法を提供する。【００１０】
このような本発明のガラス製部材の製造方法において、前記形成工程が、前記ペーストをガラス基板の表面に塗布してペースト層を形成し、当該ペースト層から前記溶媒を除去する工程と、形成する凹凸に応じた形状を有する成形型を、前記溶媒を除去したペースト層に押圧して、所定形状の凹凸を有するペースト層を形成し、その後、この成形型をペースト層から取り外す工程とを有するのが好ましく、この際において、前記成形型の押圧に先立ち、前記溶媒を除去したペースト層を前記バインダが軟化する温度まで加熱するのが好ましい。
また、このような本発明のガラス製部材の製造方法において、前記形成工程が、所定形状の凹凸を有する転写型に前記ペーストを塗布して、当該転写型から前記ガラス基板面に所定形状の凹凸を有するペースト層を形成する工程であってもよい。
また、前記バインダが、ブチラール樹脂であるのが好ましい。
また、前記ガラス粉末が含有する酸化ホウ素の含有量は、３ｍｏｌ％以上、４０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。【００１１】
また、本発明の平面レンズは、ガラス基板上に、前記ガラス基板とは異なる組成のガラスからなる光学機能部が形成されており、この光学機能部を構成するガラスが、酸化物基準のモル％表示で、酸化珪素（ＳｉＯ2）を４０〜６４％、酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）を５〜３５％、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を２〜３０％、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を１〜１０％、酸化リチウム（Ｌｉ2Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）、および酸化カリウム（Ｋ2Ｏ）の少なくとも一種を合計で１０〜２２％、酸化バリウム（ＢａＯ）および酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）の少なくとも一種を０〜１０％、を含有するガラスであることを特徴とする平面レンズを提供する。【００１２】
このような本発明の平面レンズにおいて、前記光学機能部を構成するガラスが、他成分由来の不純物として含有する場合を除き、ビスマス化合物、鉛化合物、および、リン化合物を実質的に含有しないのが好ましく、また、前記ガラス基板の５０〜３５０℃における平均線膨張係数が７５×１０-7〜１００×１０-7／℃であるのが好ましく、さらに、前記ガラス基板のガラス転移点が５５０〜６７０℃であるのが好ましい。【００１３】
さらに、本発明のガラスペーストは、酸化物基準のモル％表示で、酸化珪素（ＳｉＯ2）を４０〜６４％、酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）を５〜３５％、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を２〜３０％、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を１〜１０％、酸化リチウム（Ｌｉ2Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）、および酸化カリウム（Ｋ2Ｏ）の少なくとも一種を合計で１０〜２２％、酸化バリウム（ＢａＯ）および酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）の少なくとも一種を０〜１０％、含有するガラスの粉末と、バインダと、溶媒とを含有することを特徴とするガラスペーストを提供する。【００１４】
このような本発明のガラスペーストにおいて、前記ガラスが、他成分由来の不純物として含有する場合を除き、ビスマス化合物、鉛化合物、および、リン化合物を実質的に含有しないのが好ましく、また、前記バインダが、水酸基を有する樹脂であるのが好ましく、さらに、前記バインダが、ブチラール樹脂であるのが好ましい。
上記した数値範囲を示す「〜」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用され、以下本明細書において「〜」は、同様の意味をもって使用される。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成を有する本発明のガラス製部材の製造方法によれば、微小な凹凸を有する光学部材の製造に最適な、ガラス粉末およびバインダを含有するペーストを用いたガラス製部材の製造方法を提供することができる。
また、上記構成を有する本発明の平面レンズおよびガラスペーストによれば、簡便な方法で、所望の形状を有するフレネルレンズ等のガラス製の平面レンズが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明のガラス製部材の製造方法の一例を説明するための概念図である。
【図２】本発明のガラス製部材の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明のガラス製部材の製造方法で製造されるフレネルレンズの一例の概念図であって、（Ａ）は光軸方向から見た図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明のガラス製部材の製造方法の別の例を説明するための概念図である。
【図５】本発明の平面レンズをフレネルレンズに利用した一例の概念図であって、（Ａ）は光軸方向から見た図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明のガラス製部材の製造方法、ならびに、平面レンズおよびガラスペーストについて、添付の図を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明のガラス製部材の製造方法の一例におけるガラス基板表面への凹凸の形成方法を概念的に示す図である。図２は、本発明のガラス製部材の製造方法の一例のフローチャートを示す図である。
【００１９】
図１に示す例は、本発明の製造方法を利用して、図３に概念的に示すようなサーキュラ型のフレネルレンズを製造するものである。なお、図３（Ａ）は、レンズの光軸方向から見た図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
このフレネルレンズ１０は、図３に示すように、ガラス基板１２と、このガラス基板１２の表面に形成されたフレネルレンズを構成する所定形状の凹凸であるレンズ部１４とから構成される。ガラス基板１２とレンズ部１４とは、共に、ガラス製で、接着剤層等を介すことなく（接着剤等を用いずに）、直接、融着して接触して接合されている。
また、レンズ部１４は、ガラス粉末（すなわち、ガラスフリット）を含有するペースト（以下、これをガラスペースト、または単にペーストとも称する。）によって形成されるものである。
【００２０】
ガラス基板１２は、通常のガラス板である。
本発明の製造方法で用いられるガラス基板１２の形成材料は、特に限定はなく、各種のガラス材料が、広く利用可能である。一例として、ソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、ボレートガラス、リチウムアルミノシリケートガラス、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス、無アルカリガラス等が例示される。
本発明の製造方法は、図示例のフレネルレンズ１０のような、光学部品の製造に好適である。従って、ガラス基板１２は、透明性が高く、光学特性に優れたガラスで形成されるのが好ましい。
【００２１】
本発明の製造方法は、このようなガラス基板１２の表面に、ガラス粉末を含有するペーストを用いて、フレネルレンズとなる所定形状の凹凸を有するレンズ部１４を形成する。
ペーストは、溶媒に、少なくとも、ガラス粉末とバインダとを分散／溶解してなるものである。もしくは、ペーストは、少なくとも、ガラス粉末と、ビヒクル（ビヒクルとは、バインダと溶剤の混合物）とを、混合したものである。ここで、本発明においては、ペーストに配合するガラス粉末として、酸化ホウ素を含有し、かつ、この酸化ホウ素の含有量が４０ｍｏｌ％以下であるガラス粉末を用いる。また、ペーストに配合するバインダとして、水酸基（ＯＨ基）を有するバインダを用いる。
本発明は、このような構成を有することにより、ガラス基板１２とペーストとの密着性、および、十分なペーストライフを両立させて、安定して、高品質なガラス製部材を製造することを実現している。
【００２２】
後に詳述するが、図示例の製造方法においては、ペーストをガラス基板１２に塗布、乾燥（すなわち溶媒を除去）してペースト層２０を形成する。その後、成形型２４でペースト層２０を押圧して、次いで、ペースト層２０から成形型２４を取り外して、ペースト層２０をレンズ部１４の形状に型押しする。
その後、型押ししたペースト層２０から、脱バインダ処理および焼成処理を行なって、ガラス基板１２の表面にフレネルレンズとして作用するレンズ部１４を形成してなる、フレネルレンズ１０を作製する。
【００２３】
ペースト層２０を適正に型押しするためには、ある程度の強い押圧力が必要である。そのため、ペースト層２０とガラス基板１２との密着力が弱いと、成形型２４で押圧した後、成形型２４を取り外す際に、ペースト層２０が成形型２４によって持ち上げられ、ガラス基板１２から剥離してしまう。ペースト層２０がガラス基板１２から剥離したのでは、適正な製品を製造することはできない。
【００２４】
一方、ペーストは、溶媒に、ガラス粉末やバインダ等の成分を投入して、撹拌することで調製する。もしくは、ビヒクルにガラス粉末等の成分を投入して、攪拌することで調製する。ここで、ペーストは、調製した後、直ちに使用される訳ではなく、通常、ある程度の時間が経過した後に、使用される。また、生産性や作業効率を考慮すれば、複数回の製造に対応する量のペーストを調製して、保管しておき、製造を行なう毎に取り分けて使用するのが、通常である。
従って、ペーストには、調整後、ペーストとして使用可能な状態、すなわち保存安定性（ペーストライフ）が、長いことが要求される。
【００２５】
ここで、本発明者らは、検討の結果、ガラス基板１２とペースト（図示例においては、ペースト層２０（溶媒除去後のペースト層））との良好な密着性を確保する為には、ブチラール樹脂などの水酸基を含むバインダを使用する必要があることを見出した。
一方で、通常のガラス粉末は、酸化ホウ素を含有する。
ところが、酸化ホウ素を多量に含むガラス粉末と、水酸基を含むバインダとを用いてペーストを調製すると、短時間でペーストがゴムのようになってペースト状ではなくなってしまい、十分なペーストライフが得られない場合が、多々、生じた。
【００２６】
本発明者らは、このような問題を解決するために、さらに検討を重ねた。
その結果、ガラス粉末に含まれる酸化ホウ素が、バインダ中に含まれる水酸基と特異的に反応して強く結合しまい、これにより、短時間でペーストがゴム状になってしまうことを見出した。また、この反応の結果、本来はガラス基板１２との結合に作用するべきバインダの水酸基が、欠乏してしまい、ガラス基板１２とペーストとの密着性も低下してしまうことも、見出した。
加えて、バインダとガラス粉末との密着性が高いと、脱バインダ性が悪くなって、脱バインダ処理で十分に除去できず、その後の焼成時に炭化して、透明性等の光学特性に悪影響を与えてしまう可能性も有る。
【００２７】
本発明者らは、さらに検討を重ねた結果、ガラス粉末中の酸化ホウ素の含有量を４０ｍｏｌ％以下とすることにより、ガラス基板１２とペーストとの密着性を確保し、かつ、十分に長いペーストライフが得られることを見出した。
すなわち、本発明は、ガラス基板の表面にガラス粉末による所定形状の凹凸を有するガラス部材の製造において、水酸基を有するバインダと、酸化ホウ素の含有量が４０ｍｏｌ％以下のガラス粉末とを有するペーストを用いることにより、ガラス基板１２とバインダとの密着性に優れ、かつ、同じガラスであるガラス粉末とバインダとの密着性は低いのが好ましいという、相反する特性を満たし、ガラス基板との密着性およびペーストライフを両立したものである。
【００２８】
本発明において、ペーストに配合されるガラス粉末は、酸化ホウ素を含み、かつ、酸化ホウ素の含有量が４０ｍｏｌ％以下のものである。
ガラス粉末中における酸化ホウ素の量が４０ｍｏｌ％を超えると、前述のように、十分なペーストライフを得ることができず、また、ガラス基板１２とペーストとの密着性も十分に得ることができない。
なお、ガラス粉末中における酸化ホウ素の量の下限には、特に限定はない。しかしながら、酸化ホウ素の量が多い方が、後述する「Ｔｓ−Ｔｇ」の値が大きくなる傾向があるため、ガラス粉末には、酸化ホウ素が３ｍｏｌ％以上、特に、５ｍｏｌ％以上、含まれるのが好ましい。
【００２９】
また、本発明において、ペーストに配合されるガラス粉末は、軟化点（Ｔｓ）とガラス転移温度（Ｔｇ）の差、すなわち、「Ｔｓ−Ｔｇ」が大きい方が好ましい。
【００３０】
後述するが、本発明の製造方法においては、ガラス基板１２の表面に前記ペーストからなる所定形状の凹凸を形成した後、脱バインダおよびガラス粉末の焼成を行なう。
ここで、「Ｔｓ−Ｔｇ」が大きいガラス粉末（ガラス材料）は、粘性曲線の傾きが小さい材料であり、温度変化に対する粘度変化が小さい材料であると考えられる。すなわち、本発明者らの検討によれば、ガラス粉末の「Ｔｓ−Ｔｇ」によって、焼成時におけるダレ（形成した凹凸形状の鈍り）を表現することができ、「Ｔｓ−Ｔｇ」が大きい程、焼成時におけるダレが少なく、焼成前と焼成後とにおける形状の変化が少ない（すなわち、保型性に優れる。）。
【００３１】
従って、「Ｔｓ−Ｔｇ」が大きいガラス粉末ほど、焼成時におけるダレが少なく、高精度にガラス製部材を製造できる。
以上の点を考慮すると、使用するガラス粉末は、「Ｔｓ−Ｔｇ」が、１１０℃以上、特に、１２０℃以上であるのが好ましい。
【００３２】
本発明の製造方法において、使用するガラス粉末には、特に限定はなく、前記必須条件（すなわち、酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）の量が４０ｍｏｌ％以下、より好ましくは、５〜３５ｍｏｌ％）を満たすものであれば、各種のガラス材料からなるガラス粉末が、広く利用可能である。
たとえば、このガラス粉末としては、ＳｉＯ2―Ｂ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3系、ＳｉＯ2―Ｂ2Ｏ3―Ｂｉ2Ｏ3系、Ｂ2Ｏ3―ＺｎＯ―Ｂｉ2Ｏ3系、ＳｉＯ2―Ｂ2Ｏ3―ＺｎＯ系、ＳｉＯ2―ＢａＯ―Ｂ2Ｏ3系、Ｂ2Ｏ3―ＢａＯ―ＺｎＯ系、Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ−Ｌａ2Ｏ3系、Ｐ2Ｏ5−Ｂ2Ｏ3−Ｒ’2Ｏ−Ｒ”Ｏ−ＴｉＯ2−Ｎｂ2Ｏ5−ＷＯ3−Ｂｉ2Ｏ3系、Ｂ2Ｏ3−Ｂｉ2Ｏ3系、Ｂ2Ｏ3−ＺｎＯ系、ＺｎＯ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系、Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3−ＺｎＯ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2系、Ｂｉ2Ｏ3−ＺｎＯ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系、およびＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−Ｎｂ2Ｏ5−Ｒ’2Ｏ系からなるガラスの群から選ばれる少なくとも１種からなるガラスが好適に例示される。なお、上記式において、Ｒ’はアルカリ金属元素、Ｒ”はアルカリ土類金属元素を、それぞれ示す。
【００３３】
ガラス粉末は、複数種を併用してもよい。なお、複数種のガラス粉末を併用する場合には、個々のガラス粉末に含まれる酸化ホウ素の量が、それぞれ、４０ｍｏｌ％以下であるのが好ましい。
また、ガラス粉末には、上述のような主成分以外に、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）、酸化セシウム（ＣｅＯ2）、および、フッ素等の各種の物が添加成分として入っていてもよい。
【００３４】
ガラス粉末は、ガラス基板１２の軟化点よりも５０℃以上低いガラスからなるガラス粉末であるのが好ましい。
ガラス粉末の軟化点が、ガラス基板１２の軟化点よりも５０℃以上低ければ、ガラス粉末のガラス基板への融着をガラス基板の軟化点よりも低い温度でできるので、後述する焼成工程において、ガラス基板１２が熱変形することを好適に防止して、所定形状の凹凸（図示例においては、レンズ部１４）を形成するガラス粉末の融着を行うことが出来る。たとえば、ガラス基板１２がソーダライムガラスである場合、軟化点が７３０℃付近なので、ガラス粉末の軟化点は６８０℃以下であるのが好ましい。
【００３５】
一方で、ガラス粉末の軟化点は、ペーストに含まれるバインダの分解温度よりも高温であるのが好ましい。バインダの種類によっても異なるが、特に、ガラス粉末の軟化点は、３５０℃以上であることが好ましい。
このような軟化点を有するガラス粉末を用いることにより、後述する脱バインダ工程において、脱バインダとガラス粉末との融着が同時に起こることを、好適に防止できる。
【００３６】
さらに、熱膨張によるストレスや、このストレスに起因する剥離等を、より確実に防止するために、ガラス粉末とガラス基板１２とは、熱膨張係数が近いのが好ましい。
たとえば、ガラス基板１２としてソーダライムガラス（熱膨張係数８０〜９０×１０-7／℃）を用いる場合には、ガラス粉末は、その熱膨張係数が５０〜１００×１０-7／℃であることが好ましい。
【００３７】
ガラス粉末の平均粒子径は１０μｍ以下であるのが好ましい。
ガラス粉末の平均粒子径を１０μｍ以下とすることにより、ガラス粉末ペーストを塗布／乾燥して形成された塗膜の表面粗度が大きくなるのを防止して、後述するプレス工程（型押し）における成形型の形状の転写を、より確実に行なうことが可能となり、さらに、成形型の破損を、より確実に防止できる。
なお、粒子径の下限には特に限定は無いが、ガラス粉末を作製する際におけるガラス粉砕のコストを考慮すると、０．５μｍ程度以上が好ましい。
【００３８】
前述のように、ペーストは、溶媒に、少なくともガラス粉末とバインダとを投入して、混合してなるものである。もしくは、ペーストは、少なくともガラス粉末とビヒクルとを、混合したものである。また、本発明において、バインダは、水酸基を有するバインダである。
前述のように、バインダは、ペーストをガラス基板１２上に保持し、後述するプレス工程においてペースト層２０がガラス基板１２から剥がれないようガラスとの密着性を発現する役割を有する。加えて、バインダは、プレス工程において、ペーストを塗布して形成された塗膜の硬さを調整し、成形型の形状転写性を向上させる役割を果たす。
【００３９】
バインダは、水酸基を有する物であれば、特に限定はなく、各種の樹脂が利用可能である。
一例として、ニトロセルロース、アセチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース等のセルロース系高分子、ブチラール樹脂（ポリビニルブチラール（ＰＶＢ））、ポリビニルアルコール、ポリエステルポリオールなどの合成高分子等が例示される。
中でも、ブチラール樹脂およびエチルセルロースは好適であり、中でも特に、ブチラール樹脂は、好適である。
これらの樹脂は、単独で用いてもよく、あるいは、混合または共重合体として用いてもよい。
【００４０】
本発明の製造方法において、ペースト中のガラス粉末の含有率には、特に限定は無いが、２０〜９０重量％（以下、ｗｔ％と表記する。）であるのが好ましい。
ペースト中におけるガラス粉末の含有率を２０ｗｔ％以上とすることにより、１回のペーストの塗布で、十分な膜厚を確保でき、所望の膜厚を得るために複数回の塗布を行なうことによるコストアップを抑制できる。他方、ペースト中におけるガラス粉末の含有率を９０ｗｔ％以下とすることにより、ペーストの粘度が高くなり過ぎることを防止して、好適に、ペーストを均一に塗布することが可能となる。また、ガラス粉末の含有率を９０ｗｔ％以下とすることにより、ペースト中におけるバインダの量も十分に確保でき、これにより、十分なガラス基板１２とペーストの塗膜（以下、ペーストの塗膜を単に塗膜と称することもある。）との密着性を得ることができる。
上記の点を考慮すると、ペースト中におけるガラス粉末の含有率は、より好ましくは、５０〜８０ｗｔ％である。
【００４１】
他方、本発明の製造方法で用いるペーストにおいて、バインダの含有量にも、特に限定はないが、フリット１００重量部に対し、バインダが１〜５０重量部が好ましい。
フリット１００重量部に対し、バインダを１重量部以上とすることにより、ガラス基板１２と塗膜との密着性を十分に確保することができる。また、フリット１００重量部に対し、バインダを５０重量部以下とすることにより、後述するプレス工程における塗膜の剛性を十分に得ることができ、成形型への塗膜の付着等も防止できる。また、バインダを５０重量部以下とすることにより、脱バインダ工程によって生じる空隙を少なくでき、その後のガラス粉末の焼成工程における形状変化を小さくして、レンズ部１４の形状の制御を、より高精度に行なうことができる。
上記の点を考慮すると、ペースト中におけるバインダの量は、より好ましくは、ガラス粉末１００重量部に対して、５〜３０重量部である。
【００４２】
前述のように、ペーストは、このようなガラス粉末およびバインダを、溶媒に分散／溶解してなるものである。もしくは、バインダと溶媒との混合物であるビヒクルに、ガラス粉末を混合、混練してなるものである。
本発明において、溶媒には、特に限定はなく、使用するガラス粉末やバインダに応じて、適宜、決定すればよい。一例として、トルエン、キシレンテトラリン等の炭化水素系；メタノール、エタノール等のアルコール系；アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系；メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、プチルセロソルブ、プチルカルビトール等のエーテル系；酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル系；エチレングリコール系；ジエチレングリコール系の各種の有機溶媒などが使用できる。
【００４３】
なお、ペーストには、このような成分以外に、塗布性を向上させるための界面活性剤や、ペースト層２０（塗膜）の硬さを調整するための可塑剤等を、必要に応じて添加しても良い。
【００４４】
ペーストの調製方法には、特に限定はなく、たとえば、溶媒、ガラス粉末およびバインダ（またはガラス粉末およびビヒクル）、あるいはさらにそれ以外の必要な成分を、プラネタリーミキサーやロールミル等の混合装置や混練装置に所定量投入し、ガラス粉末が均一に分散するように、十分に混合、混練すればよい。
【００４５】
このように、ガラス基板１２を準備し（図１（Ａ））、かつ、ペーストを調製したら（あるいは、予め調製したペーストを準備したら）、ペーストをガラス基板１２の表面に塗布する。
本発明の製造方法において、ペーストの塗布方法には、特に限定は無く、公知の塗布方法が、各種、利用可能である。一例として、ローラー塗布、手塗り、刷毛塗り、スピンコート、ディップコート、スクリーン印刷、カーテンフロー、バーコート、ダイコート、グラビアコート、マイクログラビアコート、リバースコート、ロールコート、フローコート、スプレーコート、ドクターブレード等の塗布方法が例示される。
これらのうち、大面積塗布が容易であり、また、１回の塗布で十分な厚膜が得られる等理由から、ダイコートやスクリーン印刷が、好ましく利用される。
または、ＰＥＴフィルム等にガラスペーストを塗布し、乾燥してグリーンシートとし、グリーンシートをガラス基板１２に熱圧着して、ペースト層２０を形成してもよい。
【００４６】
ここで、前述のように、本発明の製造方法においては、ペーストは、バインダが水酸基を有し、かつ、ガラス粉末の酸化ホウ素の含有量が４０ｍｏｌ％以下のものであることにより、ペーストライフを十分に長く確保できるので、常に、安定して、適正にペーストをガラス基板１２に塗布することができる。
【００４７】
なお、ペーストの塗布厚は、形成するレンズ部１４の形状高さ、後述する成形型２４で形成するレンズ部１４の凹凸の形状等に応じて、適宜、設定すればよい。
【００４８】
さらに、図１（Ｂ）に示すように、ペーストをガラス基板１２の表面に塗布したら、ペーストの塗膜を乾燥（すなわち、溶媒を除去）して、ペースト層２０とする。
ペーストの乾燥方法には、特に限定はなく、たとえば、ペーストが塗布されたガラス基板１２をオーブンで加熱する方法、ＵＶ照射する方法等を用いることができる。
なお、加熱によりペーストの塗膜を乾燥させる場合は、バインダが変質しない程度の温度で加熱することが好ましい。
【００４９】
また、塗膜の乾燥を行なうと、ペースト層２０の層厚は、ペーストの塗布厚よりも薄くなるので、この際には、乾燥後に得られるペースト層２０の層厚を考慮して、前述のペーストの塗布厚を設定するのが好ましい。
【００５０】
このようにしてペースト層２０をガラス基板１２の表面に形成したら、次いで、必要に応じて、ペースト層２０を加熱して、ペースト層２０（具体的にはペースト層中のバインダ）を軟化させる。
なお、ペースト層２０の加熱方法には、特に限定はなく、公知の方法が、各種利用可能である。この点に関しては、脱バインダ工程および焼成工程も同様である。
【００５１】
軟化のためのペースト層２０の加熱温度は、ペースト層２０の中のバインダが軟化する温度以上で、バインダが分解する温度より低い温度であれば、特に限定はない。すなわち、ペースト層２０が軟化して、成形型２４によるプレス成形が可能となる温度を、バインダの種類等に応じて、適宜、設定すればよいが、１００〜２００℃とするのが好ましい。
このペースト層２０の加熱工程は、後述するように、図示例においては、ペースト層２０を成形型２４でプレスすることにより、ペースト層２０を所定の形状に成形（すなわち、型押し）する工程の前工程である。ここで、ペースト層２０の軟化温度を１００℃以上とすることにより、多くのペーストで、ペースト層２０を十分に軟化することができ、正確な成形を行なうことが可能となる。また、ペースト層２０の軟化温度を２００℃以下とすることにより、温度が高すぎることに起因するバインダの軟化し過ぎを抑制して、これに起因する成形型への付着や、加熱し過ぎによるバインダの分解や変質を、好適に防止することができる。
【００５２】
ペースト層２０が十分に軟化したら、図１（Ｃ）〜図１（Ｄ）に示すように、形成するレンズ部１４の凹凸面の形状に応じた凹凸が形成された押圧面を有する成形型２４によって、ペースト層２０をプレス（押圧）して、次いで、図１（Ｄ）〜図１（Ｅ）に示すように、成形型２４をペースト層２０から取り外す。
これにより、ペースト層２０に成形型２４の形状を型押し（すなわち、転写）して、レンズ部１４の凹凸面に応じた所定の形状に成形することができる。
【００５３】
ここで、前述のように、本発明の製造方法においては、ペーストは、バインダが水酸基を有し、かつ、ガラス粉末の酸化ホウ素の含有量が４０ｍｏｌ％以下のものであることにより、ガラス基板１２とペースト層２０（溶媒除去後のペースト）との密着性を十分に確保している。
従って、成形型２４による型押しの際に、ペースト層２０が剥離することがなく、適正にレンズ部１４の凹凸面に応じた所定の形状に成形できる。
【００５４】
この製造方法においては、ガラス基板を加熱して直接、成形型によって成形するのではなく、より柔らかいペースト層２０をプレス成形することで、プレスの温度や圧力を低く抑え、プレス条件を穏やか（マイルド）にすることができるので、高価なプレス金型の損耗を殆ど無くして長寿命とすることができ、低コストで、レンズ部を有するガラス製部材を作製することが可能となる。しかも、柔らかいペースト層２０を、比較的、低温かつ低圧力でプレス成形するので、非常に微細な成形を行なうことができ、微細な凹凸を有するフレネルレンズやレンズアレイ等の光学部材の製造に、好適である。
また、ペースト層２０の成形性や、ペースト層２０と成形型２４との離型性（すなわち、剥離性）を、ペーストに含有させるバインダで制御することができ、ガラス粉末の材料特性には依存しないので、ガラス粉末の材料選択範囲が広い。
【００５５】
成形型２４の形成材料には、特に限定はなく、所望の寸法精度を付与することができ、ペースト層２０のプレスによる変形が少なく必要な精度を維持することができ、かつ、プレス時の温度により軟化や変質をしない材料であれば、各種のものが利用可能である。
たとえば、金属、セラミックス等が使用できる。具体的には、金属型の材質としてはニッケルや焼き入れ鋼、その他、セラミック焼成品のプレス成形型に使用される各種のものが例示される。また、セラミック型の材質としては、窒化珪素、アルミナ、ジルコニア等が例示される。
【００５６】
ここで、図１に示す例では、成形型２４として、平面型（スタンプ型）を例示しているが、本発明においては、特許文献１に示されるような、連続的に成形を行なうことができるロール型の成形型も、好適に利用可能である。
ロール型の場合は成形型の荷重が線状に集中してかかるため、少ない荷重で、連続的に良好な形状転写が可能であり、かつ、離型も容易である。その反面、ロール型の場合は成形型は、たとえば、フレネルレンズのような複雑な２次元加工が難しい。
他方、平面型の成形型の場合、面全体に荷重をかける必要があり、プレス面積に応じてより多くの荷重を必要とし、且つロール型に比べ離型がし難い。その反面、２次元の型加工が容易である。その反面、フレネルレンズのような複雑な２次元加工が比較的容易である。
従って、成形型２４は、目的とするレンズ部１４の形状に応じて、ロール型あるいは平面型を、適宜、選択して使用すればよい。
【００５７】
なお、本発明の製造方法においては、後述する脱バインダ工程でペースト層２０からバインダが抜け、その後の焼成工程において、ペースト層２０内に存在する空隙、および、脱バインダによって生じた空隙を埋めるようにガラス粉末が融着する。
そのため、成形型２４で成形したペースト層２０全体では、体積収縮が避けられない。従って、ペースト層２０をプレス成形する成形型２４は、その収縮を織り込んで、金型の形状を設計することが必要である。
【００５８】
成形型２４によるプレス圧力は、ペーストの材料によっても異なるが、１０〜８０ＭＰａであるのが好ましい。
プレス圧力を１０ＭＰａ以上とすることにより、成形型２４の形状を確実にペースト層に転写することができ、すなわち、十分な成形型の形状の転写性を得ることができる。また、プレス圧力を８０ＭＰａ以下とすることにより、圧力が高すぎることに起因するガラス基板１２や成形型２４の破損を好適に防止できる。上記の点を考慮すると、成形型２４によるプレス圧力は、より好ましくは、１０〜５０ＭＰａである。
なお、成形型２４によるペースト層２０のプレス時間にも、特に限定は無いが、１０〜１２０秒が好ましい。
【００５９】
このようにして、成形型２４によってペースト層２０をプレスして成形したら、次いで、ペースト層２０からバインダを除去する、脱バインダを行なう。
【００６０】
この脱バインダの工程におけるバインダ温度は、ペースト層の中のバインダが分解、除去できる温度以上で、ペースト層の中のガラス粉末のガラス転移点の温度より低い温度であり、バインダの種類、ガラス粉末のガラス転移点の温度等に応じて、適宜、設定すればよいが、３００〜５００℃であるのが好ましい。また、脱バインダ時間は、バインダの種類やペースト中のバインダの量によっても異なるが、５〜６０分が好ましい。
さらに、脱バインダは、バインダの酸化分解を進めるため、大気雰囲気中で行なうのが好ましい。
【００６１】
このようにして、脱バインダを行なったら、次いで、ペースト層２０の焼成を行い、ガラス粉末を融着して、レンズ部１４を完成させ、さらに、ガラス基板１２とレンズ部１４とを融着して、フレネルレンズ１０を完成する。
【００６２】
焼成温度は、ペースト層の中のガラス粉末のガラス転移点の温度以上で、ガラス基板の軟化点の温度より低い温度であればよく、使用するガラス粉末に応じて、適宜、設定すればよいが、３５０〜６５０℃で行うのが好ましい。
また、焼成雰囲気は大気下でも構わないが、ペースト層中に存在する気泡を積極的に膜外に排出するために、減圧下で焼成するのが、より好ましい。
これにより、レンズ部１４中に気泡や空隙が存在しなくなり、光学部材に好適な、より透明性の高い膜を得ることが出来る。
【００６３】
なお、本発明の製造方法においては、脱バインダ温度までペースト層２０を加熱して、一定時間保持して脱バインダ処理を行い、その後、さらに、焼成温度まで加熱して、一定時間保持して焼成を行い、ガラス粉末の融着を行うことが好ましい。
しかしながら、本発明は、これに限定はされず、たとえばバインダが分解し易い物である場合などは、ペースト層２０の成形終了後、焼成温度まで、漸次（あるいは段階的に）、ペースト層２０の温度を上昇していき、ガラス粉末の融着が起こる焼成温度まで加熱する途中で、脱バインダを終了させる方法も、利用可能である。
【００６４】
以上の例は、本発明のガラス製部材の製造方法を、サーキュラ型のフレネルレンズの製造に利用した例である。しかしながら、本発明は、これに限定はされず、各種のガラス製部材の製造に、好適に利用可能である。
かかるガラス製部材としては、レンズアレイ、マイクロレンズアレイ、レンチキュラーレンズ、プリズムレンズ、フラットパネルディスプレイの基板、表面に凹凸面形状を有する拡散板、内部に拡散粒子を有し、かつ、表面に前述のような各種のレンズ形状を有する拡散板や、光偏向板等の各種の光学部材や、マイクロリアクター等が、好適に例示される。
特に、図示例のようなフレネルレンズや、レンズアレイのように、微細な凹凸を有する光学部材の製造には、好適に利用可能である。
【００６５】
また、図１に示す例は、ガラス基板１２にペースト層２０を形成して、このペースト層２０を成形型で押圧することによって、ペースト層２０をレンズ部１４の形状にする、型押しによって、所定形状の凹凸を形成するものである。
しかしながら、本発明は、これに限定はされず、所定形状の凹凸を有する転写型にペーストを塗布し、当該転写型の凹部にペーストを充填して、この転写型からガラス基板にペーストを転写することにより、ガラス基板の表面に所定形状の凹凸を有するペースト層を形成してもよい。
【００６６】
すなわち、図４に概念的に示すように、ガラス基板１２を準備する（図４（Ａ））。
また、ガラス基板１２の表面に形成する所定形状の凹凸に応じた凹部が形成された転写型３０を準備する。この転写型３０にペーストを塗布し、この転写型３０の凹部に、図４（Ｂ）に示すように、ペースト３４を充填して、溶媒を除去する。
次いで、図４（Ｃ）に示すように、ペースト３４を充填した転写型３０を、ガラス基板１２に押圧して、凹部に充填したペースト３４とガラス基板１２とを圧着し、転写型３０をガラス基板１２から取り外す。これにより、図４（Ｄ）に示すように、ガラス基板１２の表面に、ペーストによる所定形状の凹凸を形成する。
【００６７】
ただ、ガラス基板とペーストとの密着性に優れるという本発明の効果を、より好適に発現できる等の点で、本発明は、図１に示すような、成形型による型押しによって、ガラス基板の表面に、ペーストによる所定形状の凹凸を形成する製造方法が、より好ましく利用される。
【００６８】
このような本発明の製造方法は、ガラス基板を加熱して直接、成形型によって成形するのではなく、より柔らかいガラス粉末を含有するペースト層２０をプレスして、成形を行なうので、低コストで、材料および形状の選択自由度が高く、大面積化も容易であり、微細な凹凸の成形も可能である。
【００６９】
図５に、本発明の平面ガラスを、先と同様のサーキュラー型のフレネルレンズに利用した一例の概念図を示す。
なお、図５において、（Ａ）は、フレネルレンズをレンズの光軸方向から見た図であり、（Ｂ）は、図５（Ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【００７０】
図５に示すように、このフレネルレンズ４０は、ガラス基板４２と、このガラス基板４２の表面に形成された光学機能部４６とから構成される。
光学機能部４６は、入射した光を屈折する等の光学的な機能を発現する部位である。図示例において、光学機能部４６は、フレネルレンズとしての作用を発現するための（すなわちフレネルレンズを構成するための）、所定形状の凹凸を有する。
【００７１】
本発明の平面レンズであるフレネルレンズ４０において、ガラス基板４２と光学機能部４６とは、共に、ガラス製で、前述した光学機能部を形成するガラス粉末を含むペースト層のガラス基板への焼付けにより、接着剤層等を介すことなく（すなわち、接着剤等を用いずに）、直接、融着して接合されている。
また、所定形状の凹凸部である光学機能部４６は、ガラス基板４２とは異なる組成のガラス粉末からなるものである。この光学機能部４６は、好ましくは、本発明のガラスペーストによって形成される。
【００７２】
本発明のフレネルレンズ４０（平面レンズ）において、ガラス基板４２の形成材料には、特に限定はなく、公知のガラスが、各種、利用可能である。
具体的には、ソーダライムガラスなどのアルカリ含有シリケートガラス、サファイアガラス、アルミノシリケートガラス等が例示される。
【００７３】
ここで、本発明のフレネルレンズ４０において、ガラス基板４２を形成するガラス（以下、単に「ガラス基板４２」とも言う）の膨張係数には、特に限定は無いが、５０〜３５０℃における平均線膨張係数（α）が、７５×１０-7〜１００×１０-7／℃であるのが好ましく、特に、８０×１０-7〜８５×１０-7／℃であるのが好ましい。
本発明のフレネルレンズ４０は、後述する所定組成のガラス粉末からなる光学機能部４６を有する。また、光学機能部４６は、好ましくは、本発明のガラスペーストを用い、焼成工程を経て作製される。そのため、ガラス基板４２と光学機能部４６とでαの差が大きいと、焼成後の冷却時にガラス基板４２が割れてしまう等の問題が生じる。
【００７４】
また、ガラス基板４２のＴｇにも、特に限定は無いが、５３０℃以上であるのが好ましく、５４０℃以上であるのがより好ましい。
前述のように、フレネルレンズ４０は光学機能部４６（すなわち、光学機能部４６を形成するために形成された凹凸を有するペースト層）の焼成を行なって作製する。焼成温度は、光学機能部４６の構成材料であるガラス粉末のＴｓよりも、若干、低い温度（たとえば、Ｔｓ−２０℃）に設定するのが好ましいが、ガラス基板４２は、Ｔｇより５０℃以上高い温度に長時間加熱すると、変形しやすくなる。したがって、ガラス基板のＴｇは高いことが基板の変形を防止するために好ましい。
後述するが、本発明のフレネルレンズの光学機能部のガラスのＴｓは、典型的には５５０〜６７０℃であり、したがって焼成温度は典型的には５３０〜６５０℃であるから、ガラス基板４２のＴｇを５３０℃以上、好ましくは５４０℃以上とすることにより、より確実に、フレネルレンズ４０の製造時におけるガラス基板４２の歪みを好適に防止できる。
また、ガラス基板は耐候性の高いものであることが好ましい。さらに、適度な塩基性度を有するものであることが、光学機能部との剥離を防止する上で、より好ましい。
【００７５】
一般的なソーダライムガラスは、αが８５×１０-7〜９０×１０-7／℃程度で、Ｔｇが５５０℃程度である。また、ディスプレイ基板等に利用される高歪点ガラスは、αが８０×１０-7〜９０×１０-7／℃程度で、Ｔｇは６００〜６５０℃程度である。
また、これらのガラスは、耐候性に優れ、光学機能部との接着性も良好である。
従って、本発明においては、ソーダライムガラス、高歪点ガラスのような、一般的なガラス基板４２が、好適に利用可能である。
【００７６】
前述のように、本発明の平面レンズであるフレネルレンズ４０は、このようなガラス基板４２の上に、光学機能部４６を有する。この光学機能部４６は、フレネルレンズ４０において、主に光学的作用を発現する部位である。
ここで、この光学機能部４６は、ガラス基板４２とは異なる組成のガラスからなるものである。加えて、光学機能部４６は、酸化物基準のモル％表示で、酸化珪素（ＳｉＯ2）を４０〜６４％、酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）を５〜３５％、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を２〜３０％、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を１〜１０％、酸化リチウム（Ｌｉ2Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）および酸化カリウム（Ｋ2Ｏ）の少なくとも一種を合計で１０〜２２％、酸化バリウム（ＢａＯ）および酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）の少なくとも一種を合計で０〜１０％、それぞれ含有し、かつ、ビスマス化合物、鉛化合物およびリン化合物を含有しないガラス粉末で形成される。
【００７７】
本発明は、このような構成を有することにより、フレネルレンズ４０のような複雑な形状の平面レンズであっても、所望の形状を有し、しかも、透明性が良好な全体がガラス製の平面レンズを、簡便かつ容易に、安定して得ることができる。
【００７８】
また、本発明のガラスペーストは、上記したように、酸化物基準のモル％表示で、酸化珪素（ＳｉＯ2）を４０〜６４％、酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）を５〜３５％、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を２〜３０％、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を１〜１０％、酸化リチウム（Ｌｉ2Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）、および酸化カリウム（Ｋ2Ｏ）の少なくとも一種を合計で１０〜２２％、酸化バリウム（ＢａＯ）および酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）の少なくとも一種を０〜１０％、含有するガラスの粉末と、バインダと、溶媒とを含有することを特徴とする。
光学機能部４６を形成するガラス（以下、単に「光学機能部４６」とも言う）において、酸化珪素は、ガラスの骨格を成す必須成分であり、酸化物基準のモル％表示で（以下、「酸化物基準のモル％表示で」は省略する）、４０〜６４％を含有する。
後に詳述するが、本発明のフレネルレンズ４０（平面レンズ）は、好ましくは、前述の本発明のガラス製部材の製造方法と同様に、ガラス基板に塗布された本発明のガラスペーストの層を型押しして光学機能部４６の形状とし、焼成を行なって、ガラス基板４２と一体化された光学機能部４６を形成することで、製造される。ここで、酸化珪素の含有量が４０％未満では、焼成するときの形状保持性能が低下するおそれがある。また、αが大きくなるおそれがある。逆に、酸化珪素の含有量が６４％を超えると、Ｔｓが高くなってしまう。
酸化珪素の含有量は、好ましくは、４３％以上、さらに好ましくは５０％以上であり、また、好ましくは、６２％以下である。
【００７９】
光学機能部４６は、酸化ホウ素を５〜３５％を含有する。酸化ホウ素は、ガラスを安定化する効果、ＴｓとＴｇとの差を大きくする等の効果を有する成分で、必須の成分である。
前述のように、「Ｔｓ−Ｔｇ」が大きいガラスは、ダレが少なく、焼成前と焼成後とにおける保型性に優れる。従って、「Ｔｓ−Ｔｇ」が大きいガラスからなるガラスペーストを用いることによって、所望の形状の光学機能部４６を精度良く作製することができる。
【００８０】
酸化ホウ素の含有量が５％未満では上記効果が不十分になるおそれがある。逆に、酸化ホウ素の含有量が、３５％を超えると、耐水性が低下するおそれがある。また、ガラスペーストの保存安定性（ペーストライフ）が不足するおそれもある。また、ガラスペーストの基板への密着性が不十分となるおそれもある。また、ガラスペーストの脱バインダ性能が低下し、ガラスペーストを焼成して得られる光学機能部の透明性が不足するおそれもある。さらに、焼成工程での形状保持性が不足する場合がある。
酸化ホウ素の含有量は、好ましくは８％以上であり、また、好ましくは１８％以下である。
【００８１】
光学機能部４６は、酸化亜鉛を２〜３０％を含有する。酸化亜鉛は、Ｔｓを下げる効果、αを小さくする効果、ガラスを安定化する等の効果を有する成分であり、必須の成分である。
酸化亜鉛の含有量が２％未満では、上記効果が不十分になる。また、酸化亜鉛の含有量が３０％を超えると、焼成工程でガラスが結晶化しやすくなり、透明性が低下するおそれがある。また、化学的耐久性とくに耐酸性が低下する場合がある。
酸化亜鉛の含有量は、好ましくは、４％以上である。
【００８２】
光学機能部４６は、酸化アルミニウムを１〜１０％を含有する。酸化アルミニウムは、化学的耐久性を高くする効果、「Ｔｓ-Ｔｇ」を大きくする等の効果が得られる成分であり、必須の成分である。
酸化アルミニウムの含有量は、１０％以下とするのが好ましい。酸化アルミニウムの含有量が１０％を超えると、ガラスペーストの脱バインダ性が悪化する、等の不都合が生じる場合が有る。
【００８３】
光学機能部４６は、酸化リチウム、酸化ナトリウムおよび酸化カリウムの１種以上を、合計で１０〜２２％含有する。酸化リチウム、酸化ナトリウムおよび酸化カリウムは、いずれもガラスの溶融温度を低下させ、またはＴｓを下げる成分で、いずれか１種以上が必須である。その反面、酸化リチウム、酸化ナトリウムおよび酸化カリウムは、αを大きくし、Ｔｓ−Ｔｇを小さくする成分でもある。
酸化リチウム、酸化ナトリウムおよび酸化カリウムの含有量が、合計で１０％未満では、Ｔｓが高くなりすぎる等の不都合を生じる。また、この３種の化合物の合計量が２２％を超えると、αが大きくなりすぎ、また、焼成時の形状保持性が不足するおそれがある。
この３種の化合物の含有量は、好ましくは合計で２０％以下、より好ましくは合計で１８％以下である。
【００８４】
ここで、光学機能部４６は、酸化ナトリウムおよび酸化カリウムの一方または両方を含有することが好ましい。
酸化ナトリウム、酸化カリウムのいずれも含まないもの、すなわちアルカリ成分としてリチウムのみを含有するものであると、ガラス基板４２上で焼成したときに、ガラス基板に反りが発生しやすい。これは、焼成工程においてガラス基板とガラスペーストに含まれるガラスの間でアルカリイオン交換が生じるためであると考えられる。すなわち、本発明で使用するガラス基板４２は、多くの場合、アルカリ成分として酸化ナトリウムや酸化カリウムを含有しているため、ガラス基板４２に含まれるアルカリイオンと、イオン半径の小さいリチウムイオンとのイオン交換によって、ガラス基板４２に変形が生じる。
【００８５】
以上の点を考慮すると、光学機能部４６において、酸化リチウムの含有量は、１５％以下であるのが好ましい。
【００８６】
本発明において、光学機能部４６は、上述した必須成分以外にも、各種の成分を含有してもよい。
たとえば、屈折率を調整する成分として、酸化バリウムおよび酸化ストロンチウムの一方または両方を含有してもよい。
酸化バリウムや酸化ストロンチウムを含有する場合、その含有量には、特に限定は無いが、合計で１０％以下とするのが好ましい。両者の含有量が１０％を超えると、ガラスが不安定になるおそれがある。また、Ｔｓ-Ｔｇが小さくなるおそれがある。酸化バリウムや酸化ストロンチウムの含有量は、好ましくは５％以下である。
【００８７】
また、「Ｔｓ-Ｔｇ」を大きくする効果、耐水性を向上する等の効果が得られる成分として、酸化ジルコニウムを含有してもよい。
酸化ジルコニウムを含有する場合、その含有量には、特に限定は無いが、５％以下とするのが好ましい。酸化ジルコニウムの含有量が５％を超えると、Ｔｓが高くなりすぎるおそれがある。また、ガラスが結晶化しやすくなるおそれがある。
【００８８】
さらに、耐水性を高くする効果、透明性を向上する等の効果が得られる成分として、酸化スズおよび酸化セリウムの一方または両方を含有してもよい。
酸化スズや酸化セリウムを含有する場合、その含有量には、特に限定は無いが、５％以下とするのが好ましい。酸化スズや酸化セリウムの含有量が５％を超えると、Ｔｓが高くなりすぎるおそれがある。また、ガラスが結晶化しやすくなるおそれがある。
【００８９】
前述のように、本発明のフレネルレンズ４０（平面レンズ）において、光学機能部４６は、上記した組成のガラスを製造するために使用されるガラス成分の各原料の成分由来の不純物として不可避的に含有する場合を除き、ビスマス化合物、鉛化合物およびリン化合物を実質的に含有しない。
本発明においては、これらの成分を含有しないことにより、フレネルレンズのように複雑な構成を有する平面レンズや、微細な構造を有する平面レンズであっても、所望の形状を有し、かつ、優れた透明性を有するレンズを、簡易かつ安定して作製することを可能にしている。
【００９０】
光学機能部４６がビスマス化合物を含有すると、「Ｔｓ-Ｔｇ」が小さくなる。その結果、焼成時の形状保持性が大幅に悪化してしまい、所望の形状を有する光学機能部４６を作製することができない。特に、図示例のフレネルレンズのような複雑な形状を有する平面レンズでは、この悪影響は大きい。また、ビスマス化合物を含有すると、ガラスが着色しやすく、そのために透明性が悪化してしまう場合も有る。
さらに、光学機能部４６がリン化合物を含有すると、後述するガラスペーストからの脱バインダ性が大幅に低下してしまい、または、焼成によって結晶化しやすくなり、透明性に優れたフレネルレンズを得ることが困難である。
また、光学機能部４６は、環境対策面のため、鉛化合物を含有しない。
【００９１】
本発明のフレネルレンズ４０（平面レンズ）において、上記組成を有する光学機能部４６のＴｇは、典型的には、４５０〜５５０℃である。
光学機能部のＴｇが４５０℃未満であると、焼成時の脱バインダ温度とガラス粉末の融着温度が近くなり、十分な脱バインダが出来ない恐れがある。光学機能部のＴｇが５５０℃を超えると、光学機能部を形成するために必要な焼成温度が高くなり、焼成時に基板が変形する恐れがある。
【００９２】
また、光学機能部４６のＴｓは、典型的には、５５０〜６７０℃である。ここで、ガラス基板４２が、一般的なソーダライムガラスである場合、光学機能部４６のガラスのＴｓは６４０℃以下であることが好ましく、６３０℃以下であることがより好ましい。また、光学機能部４６のＴｓは、ガラス基板４２のＴｇよりも低いのが好ましい。
なお、Ｔｓは、示差熱分析（ＤＴＡ）曲線の第二吸熱部の裾の温度をいう。
本発明においては、光学機能部４６のＴｓが上記範囲であることにより、ガラス基板４２を変形することなく確実な焼成が可能である等の点で好ましい結果を得る。
【００９３】
ここで、光学機能部４６における「Ｔｓ−Ｔｇ」には、特に限定は無いが、１１０℃以上であるのが好ましい。
前述のように、「Ｔｓ−Ｔｇ」が大きいガラスほど、焼成時におけるダレを抑制して、所望の形状の光学機能部４６を作製することができる。「Ｔｓ−Ｔｇ」を、１１０℃以上とすることにより、ガラスペーストを成形してから焼成するときの形状保持性を、好適に確保することができる。また、この効果を、より好適に得られる等の点で、光学機能部４６のガラスの「Ｔｓ−Ｔｇ」は、１２０℃以上であることが、より好ましい。
【００９４】
さらに、光学機能部４６のαは、典型的には、７０×１０-7〜８５×１０-7／℃であるのが好ましい。また、光学機能部４６のαは、ガラス基板４２のαよりやや小さいことがガラス基板４２の強度を低下させないために望ましい。特に、ガラス基板４２が、一般的なソーダライムガラスである場合、光学機能部４６のαは７２×１０-7〜８２×１０-7／℃であることがより好ましい。
本発明においては、光学機能部４６のαが上記範囲であることにより、ソーダライムガラス等の一般的なガラスと、αが同程度となる。また、ガラス基板４２のαよりやや小さくすることも可能である。その結果、一般的なガラスをガラス基板４２として用いた際にも、αの差に起因するストレスを防止でき、このストレスに起因する歪みや、ガラス基板４２と光学機能部４６との剥離等を防止できる。
また、ガラス基板４２のαを、前述の７５×１０-7〜１００×１０-7／℃の範囲とすることにより、ガラス基板４２と光学機能部４６とのαの差を、小さくできる。これにより、両者のαの差に起因するストレス、このストレスに起因する割れや歪み、ガラス基板４２の強度低下やガラス基板４２と光学機能部４６との剥離防止等の点で、好ましい結果を得られる。
【００９５】
本発明のフレネルレンズ４０（平面レンズ）において、このようなガラス組成を有する光学機能部４６のガラスは、ソーダライムガラス等の一般的なガラスと比較して、十分に低いＴｓを有し、また、同程度のαを有している。そのため、一般的なガラス製のガラス基板４２を用いた場合であっても、焼成によってガラス基板４２上に光学機能部４６を形成することが可能である。
【００９６】
かかる平面レンズを製造するに当たっては、まず、光学機能部４６となるガラスに含まれる成分を粉砕してガラス粉末とし、ビヒクルとガラス粉末とを混合して、あるいは、溶剤とガラス粉末とバインダとを混合して、ペースト（ガラスペースト）を調整する。次いで、ペーストをガラス基板４２上に塗布し、得られたペースト層を所定の光学機能部４６の形状に応じた形に成形してから、焼成することにより、ガラス基板４２を大きく変形させることなく、透明性の高い光学機能部４６をガラス基板４２に密着させて形成することができる。
光学機能部の形状は、たとえば、得ようとする所定の凹凸が形成された成形型等を用いてペースト層を型押し成形することによって形成できる。ただし、ペースト層は焼成することによって体積収縮するので、収縮量を見込んで成形型を設計する必要がある。
【００９７】
以下、本発明の平面レンズの一つの実施形態であるフレネルレンズ４０の好ましい製造方法について、前述の図１および図２のフローチャートを引用して、詳細に説明する。
すなわち、本発明のフレネルレンズは、好ましくは、前述した本発明のガラス製部材の製造方法に準じた方法で、製造することができる。
【００９８】
前述のように、本発明のフレネルレンズ４０においては、ガラス粉末を含有する本発明のガラスペースト（以下の説明においても、ガラスペーストを、ペーストとも称する。）を利用して、光学機能部４６を形成するのが好ましい。
ガラス粉末は、前述の酸化珪素、酸化ホウ素、酸化亜鉛等を含むガラス原料を粉砕する、通常の方法によって粉末にすることで、作製できる。
【００９９】
具体的には、得られるガラス粉末の組成が、酸化珪素を４０〜６４％、酸化ホウ素を５〜３５％、酸化亜鉛を２〜３０％、酸化アルミニウムを０〜１０％、酸化リチウム、酸化ナトリウムおよび酸化カリウムの少なくとも一種を合計で１０〜２０％、酸化バリウムおよび酸化ストロンチウムの少なくとも一種を合計で０〜１０％、含有するように、原料を調合、混合する。
この混合物を、ルツボ等の耐熱容器に投入して、溶融し、その後、冷却して、ガラスを得る。
次いで、このガラスを、乳鉢、ボールミル、ジェットミル等の公知の手段で粉砕して粉末とし、必要に応じて分級して、光学機能部４６となるガラス粉末を作製する。なお、この際に、界面活性剤やシランカップリング剤を用いて前記ガラス粉末の表面を改質して用いても良い。
【０１００】
なお、ガラス粉末の質量平均粒径は０．１〜１０μｍとすることが好ましい。
ガラス粉末の質量平均粒径を０．１μｍ以上とすることにより、ガラス粉末をペースト中に容易に均一分散させることが可能となる。また、１０μｍ以下とすることにより、塗布または焼成した後の表面平滑性を好適に得られる。さらに、成形型等による成形も、安定して容易にできる。
【０１０１】
ペーストは、通常、ガラス粉末およびビヒクルとを（すなわちガラス粉末とバインダと溶剤とを）、さらに必要に応じてそれ以外の成分とを、プラネタリーミキサー、ロールミル等で混合し、均一に分散させて得られる。前述のように、ビヒクルは、バインダと溶剤を混合したものである。ビヒクルは、ガラス粉末１００重量部に対して、バインダを３〜５０重量部の割合で混合することが好ましい。
【０１０２】
バインダとしては、エチルセルロース、ニトロセルロース、アクリル樹脂、酢酸ビニル、ブチラール樹脂（ポリビニルブチラール（ＰＶＢ））、エポキシ樹脂等の各種の樹脂が利用可能である。
中でも、（末端）水酸基を有する樹脂は、好適に利用可能であり、その中でも特に、ブチラール樹脂を用いることが好ましい。
【０１０３】
前述した本発明のガラス製部材の製造方法の説明でも述べたが、この本発明のフレネルレンズ４０の製造方法では、ガラス基板４２にペースト層５０を形成し、成形型２４でペースト層５０を押圧し、ペースト層５０に所望の光学機能が発揮される凹凸を成形した後、成形型２４をとり外して、光学機能部４６の形状に型押しする。そのため、ペースト層５０には、ガラス基板４２との密着性が要求される。また、ペーストは、調製後、直ちに使用される分けではないので、ペーストライフが、長いことが要求される。
前述のように、ガラス基板４２とガラスペーストとの良好な密着性を確保する為には、ブチラール樹脂などの水酸基を含むバインダを使用する必要がある。しかしながら、ガラス粉末が酸化ホウ素を含む場合には、酸化ホウ素と水酸基との特異な反応によって、十分なペーストライフが得られない場合が有り、また、ガラス基板４２とペーストとの密着性も低下してしまう。
【０１０４】
これに対して、本発明のペーストでは、酸化ホウ素の含有量を３５％以下とすることにより、ガラス基板４２とガラスペーストとの密着性を確保し、かつ、十分に長いペーストライフを得ることを実現している。
すなわち、本発明のフレネルレンズ４０においては、前記所定の組成を有するガラス粉末に、ブチラール樹脂等の水酸基を有するバインダを組み合わせることにより、ガラス基板４２とバインダとの密着性に優れ、かつ、ガラス粉末とバインダとの密着性は低いのが好ましいという、相反する特性を満たすことができる。これにより、ガラスペーストとガラス基板４２との密着性、および長いペーストライフとを両立することが可能となる。
【０１０５】
ビヒクルの溶剤は、バインダを溶解するものである。
溶剤には、特に限定は無いが、トルエン、キシレン、エタノール、ブタノール、酢酸アミル、α−テルピネオール、２−（２−ｎ−ブトキシエトキシ）エタノール、酢酸２‐（２‐ｎ‐ブトキシエトキシ）エチル、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールモノイソブチレート等の有機溶剤が、また適宜、これらの溶剤をブレンドして用いられる。
【０１０６】
なお、ガラスペーストには上記ガラス粉末やビヒクル以外にも、必要に応じて、可塑剤や分散剤等を含有してもよいのは、前述した本発明のガラス製部材の製造方法と同様である。
【０１０７】
ガラス基板４２およびペーストを準備したら、図１（Ａ）〜（Ｂ）に示すように、ガラス基板４２の表面にペーストを塗布し、乾燥（脱溶媒）して、ペースト層５０とする。
ペーストの塗布や乾燥は、前述した本発明のガラス製部材の製造方法のペースト層２０の場合と同様に行なえばよい。
【０１０８】
ペースト層５０を形成したら、図１（Ｃ）〜（Ｄ）に示すように、形成する光学機能部４６の形状に応じた凹凸を有する成形型２４（金型）によってペースト層５０を押圧（プレス）して、ペースト層に凹凸形状を形成し、次いで、図１（Ｄ）〜（Ｅ）に示すように、ペースト層２０から成形型２４を取り外す。
これにより、ペースト層２０に成形型２４の形状を型押し（転写）して、光学機能部４６の凹凸面に応じた所定の形状に成形することができる。また、ペーストが水酸基を有するバインダを利用する場合は、ガラス基板４２とペースト層５０との密着性を十分に確保して、ペースト層２０の剥離を防止して、ペースト層５０を光学機能部４６に応じた適正形状に成形できる。
【０１０９】
成形型２４の形成材料は特に限定されず、前述の本発明の製造方法と同様の物を用いることができる。プレス圧力も、先と同様、通常は１０〜８０ＭＰａで、５０ＭＰａ以下が好ましい。
また、成形型は、図示例のような平面型（スタンプ型）に限定されず、ロール型の成形型も、適宜、採用できるのも、前述の本発明のガラス製部材の製造方法と同様である。
さらに、この製造方法においては、この後における焼成工程において、ペースト層５０の体積収縮が避けられないので、成形型２４は、その収縮を織り込んで、型の形状を設計することが必要であるのも、前述の本発明のガラス製部材の製造方法と同様である。
【０１１０】
また、前述の本発明の製造方法と同様に、成形型２４による押圧に先立って、ペースト層５０を適度に加熱して、ペースト層５０（バインダ）を軟化して、成形加工性を向上するのが好ましい。
ペースト層５０の加熱方法や加熱温度は、前述の本発明のガラス製部材の製造方法に準ずればよい。
【０１１１】
このようにしてペースト層５０を成形したら、ペースト層５０を焼成することによって、光学機能部４６を形成する。
この焼成は、本発明のガラス粉末のＴｓと同程度の温度まで加熱してペースト層５０のガラス粉末を軟化／融着させた後、室温まで冷却することによって、ガラス基板４２上に固着させる工程である。これにより、ガラス基板１０の表面に光学機能部４６を形成してなる、全体がガラス製の本発明のフレネルレンズ４０（平面レンズ）が作製される。
【０１１２】
焼成工程においては、温度を上昇させ、一定の温度（焼成温度）に一定時間保持してから冷却するのが一般的である。保持時間は、前述の本発明のガラス製部材の製造方法と同様に、通常、３０〜６０分である。
また、本発明のフレネルレンズ４０（平面レンズ）の製造において、焼成温度は、光学機能部４６となるガラス粉末のＴｓ近傍で行なうのが好ましく、特に、Ｔｓよりも、５〜５０℃程度、低い温度で行なうのが好ましい。そのため、本発明のフレネルレンズの製造においては、焼成温度は、通常、５４０〜６３０℃が好ましい。
【０１１３】
ここで、焼成工程の前には、前述のように、ビヒクルのバインダを分解・消失させる脱バインダ工程が行なわれる。もしくは、焼成工程に、焼成温度に達する前に、ガラスのＴｇよりも低い温度で保持して、ビヒクルのバインダを分解・消失させるという脱バインダ工程を含んでもよい。ガラスペーストに含まれるバインダがブチラール樹脂である場合、脱バインダ工程は、たとえば３００〜５００℃に５〜６０分保持するものである。あるいは、焼成温度までの連続的、あるいは段階的な昇温中に、脱バインダを終了するように、焼成工程における温度を制御してもよいのも、前述の本発明のガラス製部材の製造方法と同様である。
脱バインダ工程は通常、大気雰囲気で行われる。しかし、脱バインダ後の焼成工程は、前述のように、減圧下で行われる場合がある。減圧焼成を行うことによって、ペースト層に含まれる空隙や気泡が消失し、より透明性の高い光学機能部が得られる。
【０１１４】
以上の例は、本発明の平面レンズおよびガラスペーストを、太陽電池の集光装置やデジタルカメラのストロボ等に好適に用いられるサーキュラ型のフレネルレンズに利用した例である。しかしながら、本発明は、これに限定はされず、各種の平面レンズに、好適に利用可能である。
たとえば、一次元的に延在する凹凸を延在方向と直交する方向に配列してなるフレネルレンズ（リニア型のフレネルレンズ）、レンズアレイ、マイクロレンズアレイ、レンチキュラーレンズ、プリズムレンズ等の各種の平面レンズが、好適に例示される。
特に、本発明のガラス製部材の製造方法およびガラスペーストは、図示例のようなフレネルレンズや、レンズアレイのように、微細な凹凸を有する光学部材の製造には、好適に利用可能である。
【０１１５】
以上、本発明のガラス製部材の製造方法、ならびに、平面レンズおよびガラスペーストについて、詳細に説明したが、本発明は、上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行なってもよいのは、もちろんである。
【実施例】
【０１１６】
以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明を、より詳細に説明する。本発明はこれらに限られるものではない。【０１１７】
＜実施例１＞
［発明例１］
酸化ホウ素含有量が１０．５ｍｏｌ％（１１ｗｔ％）、Ｔｇ（軟化点）が５０３℃、Ｔｓ（ガラス転移点）が６３８℃である（Ｔｓ−Ｔｇ＝１３５℃）、ガラス粉末（ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラス）を用意した。
また、ブチラール樹脂（株式会社クラレ社製ＭｏｗｉｔａｌＢ３０ＨＨ）２０重量部を溶剤（ブチルカルビトールアセテート）８０重量部に溶解し、ビヒクル（バインダ溶液）を作製した。このガラス粉末を１００重量部と、ビヒクルを１００重量部を、混合器に投入し、十分に撹拌して、ガラスペーストを調製した。【０１１８】
ガラス基板１２として、１４０ｍｍ角のソーダライムガラス（熱膨張係数８５×１０-7／℃、軟化点７３５℃、ガラス転移点５５０℃）を用意した。
このガラス基板１２に、マスク厚２００μｍのメタルマスクを用い、スクリーン印刷法によって、調製したペーストを塗布した。なお、ガラス基板１２へのペーストの塗布は、ペーストの調整後、６０分以内に行なった。
その後、ペーストを塗布したガラス基板を、乾燥機に入れて、１８０℃で４０分乾燥することにより、厚さが２００μｍのペースト層２０が形成されたガラス基板１２を得た。【０１１９】
上記ペースト層２０が形成されたガラス基板１２を、定盤を２００℃に加熱したプレス機にセットし、ペースト層２０の上に、図３に示すようなサーキュラーフレネルレンズに対応する凹凸が形成された平面状の成形型（ニッケル製、サイズ１４０ｍｍ角、レンズ高さ１５０μｍ）を載せ、ガラス基板１２にかかる圧力が５０ＭＰａになるようにして、６０秒間プレスした。
その後、成形型を離型し、成形型の形状（すなわちレンズ部１４）が型押しされたペースト層２０を得た。【０１２０】
成形型の形状を型押しされたペースト層２０が形成されたガラス基板１２を、焼成炉に入れ、大気雰囲気中で５℃／分の昇温速度で４５０℃まで昇温し、４５０℃で９０分保持して、脱バインダを行った。
その後、焼成炉内を１００Ｐａに減圧し、５℃／分の昇温速度で６２０℃まで昇温、６２０℃で３０分保持することで焼成して、ガラス粉末の融着を行い、図３に示されるような、ガラス基板１２とレンズ部１４とが、直接、接合されたフレネルレンズ１０を得た。【０１２１】
［発明例２］
酸化ホウ素含有量が１２．６ｍｏｌ％（１４ｗｔ％）、Ｔｇが４８５℃、Ｔｓが６０６℃である（Ｔｓ−Ｔｇ＝１２１℃）、ガラス粉末（ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系ガラス）を用意した。
ガラス粉末を、このガラス粉末に変更した以外は、基本的に発明例１と同様にして、フレネルレンズ１０を作製した。
また、焼成は、焼成炉内を１００Ｐａに減圧し、５℃／分の昇温速度で５８０℃まで昇温、５８０℃で３０分保持することで行なった。【０１２２】
［発明例３］
酸化ホウ素含有量が１３ｍｏｌ％（１４ｗｔ％）、Ｔｇが５００℃、Ｔｓが６３５℃である（Ｔｓ−Ｔｇ＝１３５℃）、ガラス粉末（ＳｉＯ２―Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系ガラス）を用意した。
ガラス粉末を、このガラス粉末に変更した以外は、基本的に発明例１と同様にして、フレネルレンズ１０を作製した。
また、焼成は、焼成炉内を１００Ｐａに減圧し、５℃／分の昇温速度で６００℃まで昇温、６００℃で６０分保持することで行なった。【０１２３】
［発明例４］
酸化ホウ素含有量が１３．９ｍｏｌ％（１３ｗｔ％）、Ｔｇが５０６℃、Ｔｓが６１５℃である（Ｔｓ−Ｔｇ＝１０９℃）、ガラス粉末（ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系ガラス）を用意した。
ガラス粉末を、このガラス粉末に変更した以外は、基本的に発明例１と同様にして、フレネルレンズ１０を作製した。
また、焼成は、焼成炉内を１００Ｐａに減圧し、５℃／分の昇温速度で６００℃まで昇温、６００℃で３０分保持することで行なった。【０１２４】
［発明例５］
酸化ホウ素含有量が１９．６ｍｏｌ％（２０．５ｗｔ％）、Ｔｇが５８４℃、Ｔｓが７５９℃である（Ｔｓ−Ｔｇ＝１７５℃）、ガラス粉末（ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＢａＯ系ガラス）を用意した。
ガラス粉末を、このガラス粉末に変更した以外は、発明例１と同様にして、厚さが２００μｍのペースト層２０が形成されたガラス基板１２を得た。
なお、このガラス粉末は、ソーダライムガラスよりも軟化点が高いので、フレネルレンズ１０の作製、および後述する保型性の評価は行わず、ペーストライフおよび密着性のみを評価した。【０１２５】
［発明例６］
酸化ホウ素含有量が３８．９ｍｏｌ％（３５ｗｔ％）、Ｔｇが４７７℃、Ｔｓが５９１℃である（Ｔｓ−Ｔｇ＝１１４℃）、ガラス粉末（ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＢａＯ系ガラス）を用意した。
ガラス粉末を、このガラス粉末に変更した以外は、基本的に発明例１と同様にして、フレネルレンズ１０を作製した。
また、焼成は、焼成炉内を１００Ｐａに減圧し、５℃／分の昇温速度で５８０℃まで昇温、５８０℃で３０分保持することで行なった。
［発明例７］
エチルセルロース樹脂（ハーキュレス社製ＥＣ−Ｎ７）２０重量部を溶剤（ブチルカルビトールアセテート）８０重量部に溶解し、ビヒクルを作製した。
ビヒクルを、このビヒクルに変更した以外は、発明例１と同様にして（ガラス粉末）ペーストを調製した。
発明例１と同様にして、厚さが２００μｍのペースト層２０が形成されたガラス基板１２を得た。続いて、定盤の温度を１４０℃に変更した以外は発明例１と同様にして、プレスを行った。
その後、成形型を離型し、発明例１と同様の焼成条件で焼成を行い、フレネルレンズ１０を作製した。【０１２６】
［比較例１］
酸化ホウ素含有量が４６ｍｏｌ％（４６．５ｗｔ％）、Ｔｇが４７５℃、Ｔｓが５８３℃である（Ｔｓ−Ｔｇ＝１０８℃）、ガラス粉末（ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラス）を用意した。
ガラス粉末を、このガラス粉末に変更した以外は、基本的に発明例１と同様にして、フレネルレンズ１０を作製した。
なお、本例では、プレス工程における成形型の取り外しの際に、ペースト層がガラス基板から剥離してしまったため、これ以降の工程に進むことができなかった。【０１２７】
［比較例２］
酸化ホウ素含有量が４６．３ｍｏｌ％（４７．４ｗｔ％）、Ｔｇが４７６℃、Ｔｓが５８０℃である（Ｔｓ−Ｔｇ＝１０４℃）、ガラス粉末（ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラス）を用意した。
ガラス粉末を、このガラス粉末に変更した以外は、基本的に発明例１と同様にして、フレネルレンズ１０を作製した。
なお、本例では、プレス工程における成形型の取り外しの際に、ペースト層２０がガラス基板１２から剥離してしまったため、これ以降の工程に進むことができなかった。【０１２８】
［比較例３］
酸化ホウ素含有量が４６．９ｍｏｌ％（４５．６ｗｔ％）、Ｔｇが４６６℃、Ｔｓが５６３℃である（Ｔｓ−Ｔｇ＝９７℃）、ガラス粉末（ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ−ＢａＯ系ガラス）を用意した。
ガラス粉末を、このガラス粉末に変更した以外は、基本的に発明例１と同様にして、フレネルレンズ１０を作製した。
また、焼成は、焼成炉内を１００Ｐａに減圧し、５℃／分の昇温速度で５５０℃まで昇温、５５０℃で３０分保持することで行なった。
［比較例４］
アクリル樹脂（ローム・アンド・ハース社製パラロイドＡ−２１）２０重量部を溶剤（ブチルカルビトールアセテート）８０重量部に溶解し、ビヒクルを作製した。
ビヒクルを、このビヒクルに変更した以外は、発明例１と同様にしてガラスペーストを調製した。
発明例１と同様にして厚さが２００μｍのペースト層２０が形成されたガラス基板１２を得た。続いて、定盤の温度を１２０℃に変更した以外は発明例１と同様にして、プレスを行った。
なお、本例では、プレス工程における成形型の取り外しの際に、ペースト層２０がガラス基板１２から剥離してしまったため、これ以降の工程に進むことができなかった。【０１２９】
［評価］
このような発明例１〜発明例７、および、比較例１〜比較例４について、ペーストライフ、ガラス基板１２とペースト層２０との密着性、および、焼成前後の形状の変化（保型性）を評価した。
評価方法は、以下のとおりである。【０１３０】
［ペーストライフ（以下、ライフとも称する。）］
ペーストを調製した後、一部を取り分け、溶媒が蒸発しないように容器を密閉し、室温で保管して、ペーストライフを評価した。
評価は、以下のとおりである。
◎：  １ヶ月以上変化がない。
○；  １週間以上変化が無い。
△；  約１日でゴム状になり、塗布できなくなる。
×；  数時間でゴム状になり、塗布できなくなる。【０１３１】
［密着性］
ガラス基板１２に塗布したペーストから溶媒を除去して、ペースト層２０とした後、ペースト層２０の表面に、半径６０ｍｍのローラ（表面ニッケル製）を０．４ＭＰａの圧力で押圧しながら、ガラス基板１２を３０ｍｍ／分の速度で１分間動かした後、ローラを外して評価した。
評価は、以下のとおりである。
◎：  ガラス基板からのペースト層の剥離が全く認められなかった。
○；  ペースト層にわずかに浮きが認められたが、剥離には至らず、実用上問題ない。
△；  ペースト層が一部剥離した。但し、剥離量は半分未満であった。
×；  ペースト層の半分以上が剥離した。【０１３２】
［保型性］
焼成前後のレンズ部１４の形状を比較することにより、保型性を評価した。
評価は、以下のとおりである。
◎：  焼成後のレンズ高さが焼成前のレンズ高さの５０％以上。
○；  焼成後のレンズ高さが焼成前のレンズ高さの２０％以上５０％未満。
△；  焼成後のレンズ高さが焼成前のレンズ高さの１０％以上２０％未満。
×；  焼成後のレンズ高さが焼成前のレンズ高さの１０％未満。
なお、前述のように、比較例１および２は、プレス工程の際にペースト層がガラス基板から剥離してしまったために、保型性の評価を行なうことができなかった。
以上の結果を、下記表１に示す。【０１３３】
【表１】
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【０１３４】
上記表１に示されるように、本発明の製造方法による発明例１〜７は、ペーストライフ、密着性、および、保型性共に、良好な結果が得られている。特に、「Ｔｓ−Ｔｇ」が１２０℃以上である発明例１〜３、７は、優れた保型性が得られている。
なお、ガラス粉末における酸化ホウ素の含有量が４６．９ｍｏｌ％である比較例３が、良好な密着性を発現できたのは、何らかの理由で、バインダとガラスフリットとの反応が遅く、ペースト作製直後に塗布した場合に限って、ガラス基板と反応できるＯＨ基が十分に存在していた等の理由によるものと考えられる。しかしながら、比較例３は、ペーストライフが短く、実際の製造に供することは、極めて困難であると考えられる。【０１３５】
＜実施例２＞【０１３６】
［ガラス粉末の作製、および、物性評価］
表２（試料１〜試料８）および表３（試料９〜試料１４）に示されるガラス組成となるように、原料を調合して、混合した。
なお、組成は、酸化物基準のモル表示である。また、表２に示す試料１〜８は、本発明の平面ガラスおよびガラスペーストに対応するガラス組成であり、表３に示す試料９〜１４は、本発明には対応しないガラス組成（比較例）である。【０１３７】
この混合原料を、それぞれ白金坩堝を用いて１４００℃に加熱し６０分間溶融した。
得られた溶融ガラスの一部を、それぞれステンレス鋼製ローラーに流し込んでフレーク化した。このガラスフレークを、アルミナ製のボールミルで１２時間粉砕後、気流分級によって８μｍ超の粗粒を除き、Ｄ50が２〜４μｍであるガラス粉末を得た。【０１３８】
この試料１〜１４のガラス粉末を試料として、示差熱分析装置（ＤＴＡ）を用いて、各ガラスのＴｇ（ガラス転移点）およびＴｓ（軟化点）を測定した。
また、残った溶融ガラスをステンレス鋼製の型枠に流し込み、徐冷した。徐冷したガラスの一部を、長さ２０ｍｍ、直径５ｍｍの円柱状に加工し、水平示差検出方式の熱膨張計（ブルカーエイエックスエス社製  ＴＤ５０１０ＳＡ−Ｎ）を用いて、試料１〜１４のガラスのα（平均線膨張係数）を測定した。なお、標準資料は石英ガラスを用いた。
各ガラスのＴｇ、Ｔｓ、およびＴｓ−Ｔｇ（単位：℃）、ならびに、α（単位：１０-7／℃）を、表２および表３に併記する。なお、試料６〜８の結果は、ガラスの組成から推定した推定値である。【０１３９】
【表２】
2011132753.tif 000004
【０１４０】
【表３】
2011132753.tif 000005
【０１４１】
［平面レンズの作製］
このような試料１〜１４のうち、試料１〜３（本発明に対応）、および、試料９〜１４（比較例）の各ガラス粉末を用いて、図５に示すようなフレネルレンズを作製した。【０１４２】
まず初めに、バインダ（ブチラール樹脂：株式会社クラレ製  MowitalB30HH）２０重量部を、溶剤（ブチルカルブトールアセテート）８０重量部に溶解し、ビヒクルを調製した。
このビヒクル１００重量部と、ガラス粉末１００重量部とを、混合器に投入し、十分に混合して、各ガラス粉末のガラスペーストを調製した。【０１４３】
一方で、ガラス基板４２として、１２０ｍｍ角（厚さ３ｍｍ）のソーダライムガラス（熱膨張係数８５×１０-7／℃、軟化点７３５℃、ガラス転移点５５０℃）を用意した。
このガラス基板４２に、マスク厚２００μｍのメタルマスクを用い、スクリーン印刷によってガラスペーストを塗布した。なお、各ガラスペーストのガラス基板４２への塗布は、ガラスペーストを調製した後、６０分以内に行った。
次いで、ガラスペーストを塗布したガラス基板４２を、乾燥機に入れ、１８０℃で４０分乾燥することにより、厚さが１２０μｍのペースト層５０が形成されたガラス基板４２を得た。【０１４４】
このペースト層５０が形成されたガラス基板４２を、定盤を２００℃に加熱したプレス機にセットした。
次いで、ペースト層５０に、図５に示すようなサーキュラーフレネルレンズに対応する凹凸が形成された平面状の成形型２４（ニッケル製  サイズ１２０ｍｍ角、レンズ高さ１００μｍ）を載せ、ガラス基板４２にかかる圧力が３５ＭＰａになるようにして、６０秒間プレスした。
その後、成形型２４を離型し、成形型２４の形状が型押しされ、光学機能部４６となる凹凸が形成されたペースト層５０を得た。【０１４５】
成形後のペースト層５０の断面形状をＳＥＭを用いて観察したところ、いずれの試料からなるペースト層５０も、レンズ高さが１００μｍであり、成形型２４の形状が良好に転写されていることが確認できた。
また、ペースト層５０中のガラス粉末の体積充填率は、約６０％であった。【０１４６】
成形型２４の形状を型押しされたペースト層５０が形成されたガラス基板４２を、焼成炉に入れ、大気雰囲気中で５℃／分の昇温速度で４５０℃まで昇温し、４５０℃で９０分間保持して、脱バインダを行った。
脱バインダ後、焼成炉内を１００Ｐａに減圧し、５℃／分の昇温速度で下記表３に示す焼成温度まで昇温し、その温度で表３に示す時間、保持することで、ガラス粉末の焼成／融着を行った。
その後、室温まで冷却して、ガラス基板４２と光学機能部４６とが、直接、接合された、図５に示すようなフレネルレンズ４０を得た。【０１４７】
作製した各フレネルレンズ４０およびガラスペーストに関して、ガラスペーストのペーストライフ（保存安定性）、ガラス基板４２とペースト層５０との密着性、焼成後の全光線透過率およびヘイズ、焼成前後の形状の変化（保型形）を評価した。
なお、発明例８は試料１に、発明例９は試料２に、発明例１０は試料３に、それぞれ対応し、比較例５は試料９に、比較例６は試料１０に、比較例７は試料１１に、比較例８は試料１２に、比較例９は試料１３に、比較例１０は試料１４に、それぞれ対応する。【０１４８】
ここで、比較例７（試料１１）および比較例８（試料１２）は、共に、プレス工程でペースト層２０がガラス基板４２から剥離したため、焼成は行わなかった。
また、比較例９（試料１３）は、ガラス基板４２が変形する温度（６６０℃）で焼成してもガラスが軟化せず、光学機能部４６が形成できなかったため、焼成後の評価は行わなかった。【０１４９】
［ペーストライフ］
ガラスペーストを調製した後、一部を取り分け、溶媒が蒸発しないように容器を密閉し、室温で保管して、ペーストライフを評価した。
評価は、以下のとおりである。
◎；  １ヶ月以上変化がない。
○；  １週間以上変化がない。
△；  約１日でゴム状になり、塗布できなくなる。
×；  数時間でゴム状になり、塗布できなくなる。【０１５０】
［密着性］
フレネルレンズ４０の作製における前記プレス工程において、膜の剥離具合から、密着性を評価した。
評価は、以下のとおりである。
◎；  ガラス基板からのペースト層の剥離が全く認められなかった。
○；  ペースト層にわずかに浮きが認められたが、剥離には至らず、実用上問題ない。
△；  ペースト層の一部が剥離した。但し、剥離量は半分未満。
×；  ペースト層の半分以上が剥離した。【０１５１】
［全光線透過率及びヘイズ］
前述のプレス工程において、成形型２４の代わりに、レンズ形状がない平坦なＳＵＳプレートを用いてプレスを行った以外は、フレネルレンズ４０の作製と全く同様にして、ガラス基板４２の表面に平坦なガラス製の焼成膜を形成してなる、ガラス板材を作製した。焼成膜の膜厚は約７０μｍであった。
このガラス板材について、ヘイズメーター（日本電色製ＮＤＨ５０００Ｗ）で全光線透過率（透過率）［％］とヘイズ［％］を測定した。なお、全光線透過率は８５％以上、ヘイズは１０％以下であることが実用上好ましい。【０１５２】
［レンズ高さ］
焼成後の光学機能部４６の断面をＳＥＭで観察し、レンズ高さ［μｍ］を測定した。
なお、前述の通り、焼成前のガラスペースト層中のガラス粉末の充填率は約６０％なので、焼結が十分に行われたときの焼成後のレンズ高さの限界は約６０μｍである。レンズ高さが５０μｍ以上であることが実用上好ましい。
以上の結果を、下記表４および表５に示す。【０１５３】
【表４】
2011132753.tif 000006
【０１５４】
【表５】
2011132753.tif 000007
【０１５５】
上記表４に示すように、本発明のガラスペーストに係る、所定の組成を有するガラス粉末を用いる発明例８〜１０（試料１〜３）は、ガラスペーストの安定性、ガラス基板４２とペースト層５０との密着性、ならびに、焼成後の全光透過率やヘイズ等の光学特性、および、光学機能部４６の形状安定性（レンズ高さ）が、いずれも良好である。
これに対し、酸化珪素の量が少ない試料９を用いた比較例５では、十分な光学機能部４６の形状安定性を得ることができない。また、酸化珪素の量がさらに少ない試料１０を用いた比較例６では、形状安定性のみならず、全光透過率やヘイズ等の光学特性も、不十分である。また、酸化ビスマスを含有している試料１４を用いた比較例１０では、レンズが茶色く着色してしまい、レンズとしての使用は困難であった。なお、試料９を用いた比較例５においては、レンズ高さを５０μｍ以上としようとすると、全光線透過率が大きく下がる傾向にある。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【０１５６】
本発明は、特に、フレネルレンズやレンズアレイなど、表面に微細な凹凸を有する光学部材の製造や、フレネルレンズやマイクロレンズアレイなど、表面に微細な凹凸を有する平面レンズに好適に利用可能である。
なお、２０１０年４月２１日に出願された日本特許出願２０１０−０９７９３８号、および２０１０年４月２１日に出願された日本特許出願２０１０−０９７９３９号の明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものとする。
【符号の説明】
【０１５７】
１０,４０  フレネルレンズ
１２、４２  ガラス基板
１４  レンズ部
２０、５０  ペースト層
２４  成形型
３０  転写型
３４  ペースト
４６  光学機能部
【図１】
2011132753.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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